CN101867001A - 自对准工艺制作凸形图形衬底的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于氮化物外延生长的凸形图形衬底的制作方法——自对准工艺制作凸形图形衬底的方法。该方法通过高温处理将蓝宝石衬底上用薄光刻胶制作的多个凸形图形微结构碳化；再在其上涂覆一层厚光刻胶层，以碳化的凸形图形微结构作为掩膜对厚光刻胶层进行自对准曝光；然后采用高温坚膜，将碳化的凸形图形微结构和显影后的光刻胶图形熔合成凸形圆包，最后利用干法刻蚀技术将其图形结构转移到衬底上，得到凸形图形衬底。采用本发明的自对准工艺可以解决厚胶制作凸形图形脱落的问题，可以采用一般的曝光机实现高精度的曝光需求，可以大大提高图形的均匀性，从而使得制作凸形图形衬底的工艺能够产业化。

Description

自对准工艺制作凸形图形衬底的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种用于氮化物外延生长的凸形图形衬底的制作方法。
背景技术
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。
目前主流的技术路线就是用凸形图形衬底来生长外延，此种技术可以缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长中由于晶格失配引起的应力，减小GaN基外延层穿透位错的密度，提高外延层晶体质量；减少发光二极管芯片的界面反射及内部吸收，提高芯片发光效率。但是，现在制作凸形图形衬底有很大的难度，因其显影后是孤立的小圆柱图形微结构，在图形高度较高时，显影时很难将图形完整的保留下来，大部分图形在显影时就脱离掉了，对于这种情况，有的使用在衬底上表面蒸镀一层很薄的金属层，再在金属层上表面做光刻工艺，来解决光刻胶的粘附性，但是有金属会给后面的干法刻蚀工艺带来污染腔体造成刻蚀工艺不稳定的问题；有的使用增粘剂，但效果不明显，很难批量生产。另外，尤其是当光刻胶厚度较厚时，制作凸形图形时曝光机的精度达不到，如果采用高精度的步进曝光机来曝光的话，那不是一般企业能够实现的，因为此种曝光机的费用很昂贵。因此，为了能够使凸形图形衬底工业化，这些问题是目前急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种自对准工艺制作凸形图形衬底的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，包括以下步骤：
步骤一、在透明衬底上用光刻胶制作多个凸形图形微结构；
步骤二、将附有所述凸形图形微结构的透明衬底进行高温处理，使所述凸形图形微结构碳化成不透光的凸形图形微结构掩膜；
步骤三、在附有所述凸形图形微结构掩膜的透明衬底上涂覆一层光刻胶层，并进行软烘；
步骤四、将透明衬底涂覆有所述光刻胶层的表面朝下，使光线透过透明衬底，利用所述凸形图形微结构掩膜对所述光刻胶层进行曝光；
步骤五、对曝光后的光刻胶层显影，得到光刻胶图形；
步骤六、采用高温坚膜，将凸形图形微结构掩膜和显影后的光刻胶图形熔合成凸形圆包；
步骤七、利用所述凸形圆包作为掩膜，用干法刻蚀技术将其图形结构转移到透明衬底上，得到凸形图形衬底。
其中，所述透明衬底优选为蓝宝石衬底；步骤一中，所述凸形图形微结构可以是圆柱或圆台，所述凸形图形微结构的高度为0.5um-1um，其横截面的最大宽度为2um-3um，多个所述凸形图形微结构周期性排列，各微凸形图形间距为1um-2um；步骤二中，在N2气氛中进行高温处理，处理温度为450-800℃，处理时间为10-50min；步骤三中，所述光刻胶层的厚度为2.5-10um；步骤六中，采用的干法刻蚀技术优选为电感耦合等离子体(ICP)蚀刻技术。
本发明的有益效果在于：
由于薄胶在制作图形时工艺更容易，所以我们先采用薄胶在蓝宝石衬底上制作周期性排列的凸形图形微结构；之后将该衬底放入N2气氛中进行高温碳化处理，这样处理后有两个效果：一可以增强光刻胶与衬底的粘附性，使图形不会脱落，二可以使衬底上的图形碳化成一个个不透光的图形，让被碳化的图形为后续厚胶当掩膜(mask)；之后再在上述图形上匀上一层较厚的光刻胶，将衬底有图形的一面朝下放置在曝光机上曝光，这样就形成一种自对准曝光模式，曝光精度大大提高，从而实现厚胶的凸形图形制作；之后采用干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到衬底上，从而制作出凸形图形衬底。
采用本发明的自对准工艺可以解决厚胶制作凸形图形脱落的问题，可以采用一般的曝光机实现高精度的曝光需求，可以大大提高图形的均匀性，从而使得制作凸形图形衬底的工艺能够产业化。
附图说明
图1-7是本发明自对准工艺制作凸形图形衬底方法的各步骤示意图。
具体实施方式
请参看图1至图7，具体说明本发明方法的实施过程：
步骤一、在透明衬底1上用光刻胶制作周期性排列的凸形图形微结构2，所述凸形图形微结构2可以是圆柱或圆台，其高度为0.5um-1um，横截面的最大宽度为2um-3um，各凸形图形微结构2间距为1um-2um，如图1所示，图中绘出的是圆柱形状的凸形图形微结构2。
步骤二、将附有所述凸形图形微结构2的透明衬底1放入N2气氛中进行高温处理，使所述凸形图形微结构2碳化成不透光的凸形图形微结构掩膜3，如图2所示。高温处理的具体参数由光刻胶凸形图形微结构2的大小、材料等情况而定，一般而言，处理温度为450-800℃，处理时间为10-50min。由于高温处理，圆柱或圆台形状可回流成剖面轮廓线为弧线的凸包形状，即凸形图形微结构掩膜3呈凸包形状。
步骤三、在附有所述凸形图形微结构掩膜3的透明衬底1上均匀涂覆一层光刻胶层4，并进行软烘，如图3所示，其中所述光刻胶层4的厚度为2.5-10um。
步骤四、将透明衬底1涂覆有所述光刻胶层4的表面朝下放置在曝光机上，使光线从上向下透过透明衬底1，利用碳化的凸形图形微结构作为掩膜(即凸形图形微结构掩膜3)，对所述光刻胶层4进行曝光，即自对准曝光，如图4所示。
步骤五、对曝光后的光刻胶层4显影得到光刻胶图形4’，如图5所示；
步骤六、采用高温坚膜，将凸形图形微结构掩膜3和光刻胶图形4’熔合成凸形圆包5，如图6所示；
步骤七、利用形成的凸形圆包5作为掩膜，用干法刻蚀技术将其图形结构转移到透明衬底1上，清洗衬底后，得到可用于氮化物外延生长的凸形图形衬底，如图7所示。
可见，要制作的凸形图形衬底只要材质是透明的都可以采用本发明的自对准工艺制作，用于氮化物外延生长的透明衬底优选为蓝宝石衬底。以下是本发明的几个优选实施例：
实施例1
步骤一、在蓝宝石衬底上用较薄的光刻胶制作周期性排列的圆柱形状的凸形图形微结构，高度为0.5um，横截面的最大宽度为2um，各凸形图形微结构间距为1um。
步骤二、将附有凸形图形微结构的蓝宝石衬底放入N2气氛中高温处理，处理温度为450℃，处理时间为10min。
步骤三、高温处理后均匀涂覆一层厚度为2.5的光刻胶层，并进行软烘。
然后进行步骤四-步骤六的自对准曝光、显影、高温坚膜、熔合。最后采用ICP刻蚀技术将凸形圆包的图形结构转移到蓝宝石衬底上，得到可用于氮化物外延生长的凸形图形衬底。
实施例2
步骤一、在蓝宝石衬底上用较薄的光刻胶制作周期性排列的圆柱形状的凸形图形微结构，高度为0.8um，横截面的最大宽度为2.5um，各凸形图形微结构间距为1.5um。
步骤二、将附有凸形图形微结构的蓝宝石衬底放入N2气氛中高温处理，处理温度为600℃，处理时间为30min。
步骤三、高温处理后均匀涂覆一层厚度为3.2um的光刻胶层，并进行软烘。
然后进行步骤四-步骤六的自对准曝光、显影、高温坚膜、熔合。最后采用ICP刻蚀技术将凸形圆包的图形结构转移到蓝宝石衬底上，得到可用于氮化物外延生长的凸形图形衬底。
实施例3
步骤一、在蓝宝石衬底上用较薄的光刻胶制作周期性排列的圆台形状的凸形图形微结构，高度为1um，横截面的最大宽度为3um，各凸形图形微结构间距为2um。
步骤二、将附有凸形图形微结构的蓝宝石衬底放入N2气氛中高温处理，处理温度为800℃，处理时间为50min。
步骤三、高温处理后均匀涂覆一层厚度为10um的光刻胶层，并进行软烘。
然后进行步骤四-步骤六的自对准曝光、显影、高温坚膜、熔合。最后采用ICP刻蚀技术将凸形圆包的图形结构转移到蓝宝石衬底上，得到可用于氮化物外延生长的凸形图形衬底。
本发明中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，属于本领域技术人员熟悉的范畴，在此不再赘述。上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims (9)

1.一种自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、在透明衬底上用光刻胶制作多个凸形图形微结构；
步骤二、将附有所述凸形图形微结构的透明衬底进行高温处理，使所述凸形图形微结构碳化成不透光的凸形图形微结构掩膜；
步骤三、在附有所述凸形图形微结构掩膜的透明衬底上涂覆一层光刻胶层，并进行软烘；
步骤四、将透明衬底涂覆有所述光刻胶层的表面朝下，使光线透过透明衬底，利用所述凸形图形微结构掩膜对所述光刻胶层进行曝光；
步骤五、对曝光后的光刻胶层显影，得到光刻胶图形；
步骤六、采用高温坚膜，将凸形图形微结构掩膜和显影后的光刻胶图形熔合成凸形圆包；
步骤七、利用所述凸形圆包作为掩膜，用干法刻蚀技术将其图形结构转移到透明衬底上，得到凸形图形衬底。
2.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：所述透明衬底为蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：所述凸形图形微结构是圆柱或圆台。
4.根据权利要求1或3中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：所述凸形图形微结构的高度为0.5-1um，其横截面的最大宽度为2-3um。
5.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：多个所述凸形图形微结构周期性排列。
6.根据权利要求1或5中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：多个所述凸形图形微结构间距为1-2um。
7.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：步骤二中，在N2气氛中进行高温处理，处理温度为450-800℃，处理时间为10-50min。
8.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：步骤三中，所述光刻胶层的厚度为2.5-10um。
9.根据权利要求1中所述自对准工艺制作凸形图形衬底的方法，其特征在于：步骤六中，采用的干法刻蚀技术为电感耦合等离子体蚀刻技术。
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